Bioestatistica Aula 08 Amostragem: dimensionamento de amostras. seleção dos elementos de uma amostra. estimativa da característica total da população investigada

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Aula
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META
Dimensionar o tamanho ideal de amostra para cada população. Estudo e
Análise de populações com base nas características pesquisadas pela
amostra.
OBJETIVOS
Ao final desta aula, o estudante deverá:
Saber dimensionar o tamanho ótimo de amostras.
Interpretar e analisar os resultados obtidos na amostra com conclusões
sobre a população investigada.
PRÉ-REQUISITO:
Conhecimentos sobre estatística descritiva e probabilidades com ênfase
para distribuição normal e todo conhecimento da aula anterior. Também
são importantes: Papel, Calculadora ou Computador para realização dos
cálculos.
AMOSTRAGEM: DIMENSIONAMENTO
DE AMOSTRAS. SELEÇÃO DOS ELEMENTOS
DE UMA AMOSTRA. ESTIMATIVA DA
CARACTERÍSTICA TOTAL DA POPULAÇÃO
INVESTIGADA
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Bioestatística
INTRODUÇÃO
Olá! Tudo bem? Vamos dar seqüência ao estudo da estatística con-
cluindo estudos sobre amostragem. Para isto é fundamental que você es-
teja em dia com os conceitos da estatística descritiva, principalmente os
que envolvem cálculos sobre média aritmética e desvio padrão. Também
são importantes os conhecimentos sobre probabilidade, com destaque
para o uso e aplicação da distribuição normal.
Neste estudo final sobre amostragem é importante que você além
dos conhecimentos acima mencionados, também esteja em dia com os
temas tratados na aula anterior que é a parte inicial da montagem de uma
pesquisa por amostragem.
Para que a pesquisa por amostragem tenha parâmetros confiáveis no
estudo e análise da população investigada você deve ter muito cuidado
em determinar o tamanho ótimo de amostra, que depende do nível de
confiança da pesquisa, bem como do erro amostral, principalmente este
último por está influenciado pela associação existente entre precisão da
amostra, tempo de execução da pesquisa e recursos financeiros disponí-
veis.
Você tomará conhecimento como devem ser escolhidos os elemen-
tos de uma amostra e quais as principais metodologias a serem utilizadas.
Como tudo que acontece com amostragem, esta também é uma etapa
muito importante, visto que estes elementos devem ser selecionados de
forma aleatória, isto é sem a interferência do pesquisador. Nesta escolha
não pode haver preferências por esta ou aquela unidade da população,
caso venha a ocorrer tal alternativa com certeza todo trabalho da pesqui-
sa será prejudicado.
Aplicando adequadamente todos os critérios para montagem de uma
pesquisa cientifica por amostragem você vai poder gerar a partir da amos-
tra incadores populacionais consistentes e eficientes. Lembrando que o
objetivo da amostra não é gerar uma estimativa exata do parâmetro
populacional, mas que ele seja um bom estimador ao ponto de ser insigni-
ficante possível diferença entre eles.
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Amostragem: dimensionamento de amostras. seleção dos elementos... Aula
8DIMENSIONAMENTO DE AMOSTRAS
O tamanho da amostra além de depender do nível de confiança esta-
belecido para pesquisa é função direta do erro amostral, previamente fi-
xado pelo pesquisador. O erro amostral mais utilizado é de 5%, vindo a
seguir o de 1%. No máximo esse erro pode ser de 10%, para que se possa
manter uma precisão razoável nos parâmetros estimados pela pesquisa.
Quanto menor o erro amostral maior o tamanho da amostra, implicando
em maior precisão nas estimativas populacionais e consequentemente
maior custo para execução da pesquisa. A fixação do erro amostral de-
penda essencialmente de 3 fatores:
- Grau de precisão requerido pela pesquisa
- Grau de variabilidade da variável pesquisada
- Recursos financeiros disponíveis para execução da pesquisa.
Se a variável escolhida for quantitativa contínua, podemos determi-
nar o tamanho da amostra, usando as fórmulas a seguirem:
População infinita: z2 . σ2
E2
População finita: z
2 . σ2 .N
 E2 (N – 1) + z2 . σ2
Se a variável escolhida for quantitativa discreta, podemos determi-
nar o tamanho da amostra, usando as fórmulas a seguir:
População infinita: z
2 .’p. ‘q
 Er
2
População finita: z
2. ‘p. ‘q. N
 Er
2 (N – 1) + z2 . ‘p. ‘q
z = Abscissa da curva normal, de acordo com o nível de confiança
adotado.
σ2 = variância da população. Caso seja desconhecido e não existam
estudos semelhantes pode ser estimado a partir de uma amostra piloto em
torno de 50 elementos, que geralmente é utilizada para testar o instru-
mento de pesquisa, bem como avaliar o comportamento da variável
pesquisada.
n =
n =
n =
n =
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Bioestatística
E = erro amostral, expresso na unidade da variável pesquisada. Este erro
representa a máxima diferença que o pesquisador admite existir entre µ e
x, isto é: | µ - x | < E. Bem como entre p e ‘p, isto é | p – ‘p | < Er.
Erro absoluto (E): É o produto do erro relativo (Er) pela média aritmética
da variável pesquisada. E = Er . x
‘p = probabilidade de ocorrência da característica a ser observada. Quan-
do este valor for desconhecido, se utiliza os dados da pesquisa piloto ou
consideramos ‘p = 0,5 e dessa forma teremos o maior tamanho da amos-
tra e consequentemente maior probabilidade de acerto. Observe que:
p + q = 1.
SELEÇÃO DOS ELEMENTOS DA AMOSTRA
Os dois melhores processos para seleção dos elementos da amostra
são: os números aleatórios e a seleção sistemática.
Números aleatórios: é constituída por conjuntos de números aleatóri-
os, dispostos em colunas, podendo ser utilizados da esquerda para direi-
ta, de baixo para cima e vice-versa, desde que se mantenha uniformidade
no método de seleção de cada amostra. Para melhor utilização das tabe-
las aleatórias, devemos trabalhar com o mesmo número de dígitos da po-
pulação investigada. Para sua aplicação é preciso que todos os elementos
da população estejam cadastrados para que possam ser identificados quan-
do sorteados.
Seleção Sistemática – pode ser aplicada em qualquer população, mes-
mo que seus elementos não estejam cadastrados. Consiste no cálculo do
intervalo de amostragem (I = N/n) de onde é selecionado, por qualquer
processo, o primeiro elemento da amostra. Os demais são escolhidos, em
intervalos constantes e iguais ao Intervalo de Amostragem, a partir do
elemento anteriormente sorteado.
Exercícios resolvidos
1. Determinar o tamanho de uma amostra com precisão de 95%, para
pesquisar a incidência de listeriose em uma população de 40.000 pessoas,
considerando uma prevalência de anos anteriores igual a 30%. Usar erro
amostral de 3%.
 z2 ‘p ‘q N 1,962 . 0,30 . 0,70 . 40.000
 Er
2 (N – 1) + z2 ‘p ‘q 0,032 (40.000 – 1) + 1,962 . 0,30 . 0,70
n = 877 pessoas.
n = ⇒=
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Amostragem: dimensionamento de amostras. seleção dos elementos... Aula
82. Determinada variável apresentou, em relação ao seu peso médio, des-
vio padrão de 12 kg. Admitindo um nível de confiança de 95,5% e erro
amostral de 1,2 kg, determine o tamanho da amostra para estudar essa
população.
 z2 σ2 22 . 122
 E2 1,22
De quanto deve ser o tamanho da amostra para uma população de
1.300 peças.
 z2 σ2 N 22 . 122 . 1.300
 E2 (N – 1) + z2 σ2 122 (1.300 – 1) + 22 . 122
3. A proporção de eleitores favoráveis a determinado candidato é de 40%.
Determinar o tamanho da amostra para investigar a tendência de voto
desta população ao nível de confiança de 99% e erro amostral de 3%
 z2 ‘p ‘q 2,572 . 0,40 . 0,60
 Er2 0,032
Determine o tamanho da amostra, admitindo uma população de
20.000 eleitores.
 z2 ‘p ‘q N 2,572 . 0,40 . 0,60 .20.000
 Er
2 (N – 1) + z2 ‘p ‘q 0,032 (20.000 – 1) + 2,572 . 0,40 . 0,60
n = 1619 eleitores.
4. De um Aviário, que representa cerca de 1240 unidades, foi extraída,
aleatoriamente,uma amostra de seis aves, cujos pesos acusaram os valo-
res seguintes em kg: 2,3; 2,0; 2,4; 1,95; 1,85; 2,1. Determinar as
estimativas da média e variância populacional
 ∑xi 2,3 + 2,0 + 2,4 + 1,95 + 1,85 + 2,1 12,6
 n 6 6
E [x] = μ ⇒ μ = 2,1kg
 2,32 + 2,02 + 2,42 + 1,952 + 1,852 + 2,12
 6
 n . N – 1 . s2 6 . 1239 . 0,0375 278,775 0,04996 kg2
 n – 1 N 5 1240 6200
Observe-se que se tivéssemos usado a fórmula da população infinita, o
valor de σ2 pouco iria diferir do que foi encontrado, pois, N é muito grande.
⇒=n = n = 400 peças
⇒=n = n = 1.761
n = = ⇒
====
n = = ⇒ n = 306 peças.
x = = 2,1kg= =
 – 2,12 = 0,0375kgs2 =
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Bioestatística
ATIVIDADES
1. Um conjunto de 25 animais apresentou os seguintes pesos: 30, 22,
32, 22, 30, 28, 40, 32, 36, 32, 33, 28, 30, 32, 38, 40, 35,
40, 22, 40, 22, 45, 45, 38 e 48. Estimar uma amostra para esta
população com precisão de 95% e erro amostral de 5%.
2. Uma amostra aleatória 400 estudantes de uma Universidade apresen-
tou 96 deles devendo disciplinas em seus currículos. Adotando-se o nível
de confiança de 95%, que tamanho deve ter a amostra para que o erro
máximo de estimativas não exceda 2%?
3. Em um aviário foram selecionados ao acaso cerca de 10 frangos, os
quais passaram a ser tratados, durante algumas semanas, com um tipo
especial de ração, observando-se os seguintes aumentos de peso, em gra-
mas: 250, 400, 200, 320, 250, 380, 190, 240, 390 e 280. Com precisão de
95% e erro de 5% que tamanho de amostra deveria tomar desta popula-
ção para estudo e análise da referida característica?
4. Examinando 200 lâmpadas produzidas por uma empresa, foram en-
contradas 5 defeituosas. Adotando o nível de confiança de 95% :
a) Estimar p;
b) Qual o tamanho da amostra que possibilitaria um erro máximo de esti-
mativa de 1% ?
5. Numa pesquisa de mercado bem conduzida, 57 dentre 150 entrevista-
dos afirmaram que seriam compradores de certo produto a ser lançado.
Sendo a população de compradores em potencial formada por 2000 ele-
mentos, qual o número mínimo de pessoas que comprarão o produto,
com precisão de 95%.
6. Com a finalidade de se estudar a influência da determinada dieta no
ganho de peso de prematuros, foi observada uma amostra piloto de 33
recém-nascidos (com peso entre 1500 e 2000 g). Estime o peso médio
dessa população com precisão de 95% e dimensione qual deveria ser o
tamanho de amostra, com erro amostral de 5%, para investigar essa po-
pulação, considerando um total de 1.400 crianças nessa faixa de peso.
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Amostragem: dimensionamento de amostras. seleção dos elementos... Aula
87. Uma amostra simples ao acaso de 30 domicílios foi selecionada de uma
zona urbana que contém 15000 domicílios. O numero de pessoas de cada
um dos domicílios que integram a amostra é o seguinte:
Estimar o numero total de pessoas que vivem nesta área. Utilize o
método de estimativa pontual e por intervalo.
CONCLUSÃO
A partir desta aula você deve saber como determinar o tamanho óti-
mo de amostra para investigar uma população, isto é: aquela amostra
dimensionada com base no nível de confiança e erro amostral, para que
você tenha conclusões precisas acerca da natureza da população
investigada.
A partir desta técnica de pesquisa pode investigar determinado cará-
ter de uma população quando só conhece dados de uma amostra, por isto
que a escolha do tamanho ótimo é tão importante. Esse é um problema
que vai enfrentar quando, por exemplo, quer estudar a relação entre o
fumo e o câncer de pulmão a partir de uma amostra, visto que as conclu-
sões deste estudo é inferir os resultados da amostra para todos os indiví-
duos da população.
Tão importante como o tamanho da amostra é a seleção dos seus
elementos. Alguns métodos de seleção dos elementos de uma amostra
foram indicados e entre eles os mais utilizados são aqueles que trabalham
com números aleatórios e a seleção sistemática. Você já aprendeu que a
seleção aleatória pode ser aplicada quando for possível obter um cadastro
da população investigada, enquanto a seleção sistemática é mais apropri-
ada para aquelas populações que não possuem cadastro dos seus elemen-
tos, embora nada impeça que ela seja aplicada também em populações
que tenham cadastro.
No final da aula temos uma lista de exercícios para serem resolvidos
em grupos de no máximo cinco pessoas ou individual. Com certeza você
vai ficar muito satisfeito com os resultados do seu desempenho.
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Bioestatística
RESUMO
Nesta aula falamos principalmente do tamanho da amostra, seleção
dos seus elementos e estimativas de características populacionais.
Mostramos que existem vários métodos para extrair uma amostra,
sendo que vamos concentrar nossa atenção na amostragem aleatória sim-
ples, método este onde cada elemento da população tem a mesma opor-
tunidade de ser incluído na amostra.
Foi estudado também que o tamanho de uma amostra além de depen-
der do nível de confiança estabelecido para pesquisa é função direta do
erro amostral, previamente fixado pelo pesquisador, isto é: quanto menor
o erro maior o tamanho da amostra, implicando em maior precisão nas
estimativas populacionais. Esta é uma situação ótima e ideal para qual-
quer pesquisa por amostragem, mas em contrapartida a precisão da pes-
quisa é função direta do tempo e dos recursos financeiros destinados para
sua execução. Conclusão: nem sempre você pode trabalhar com a preci-
são ideal em decorrência da existência de algum limite nos outros fatores
que também influenciam na escolha do tamanho do erro. Erro este que
no máximo deve ser de 10%, sendo 5% e 1% os mais indicados.
Também escrevemos sobre os principais métodos de seleção dos ele-
mentos de uma amostra: números aleatórios e seleção sistemática. A tabela
de números aleatórios é constituída por conjuntos de números escolhidos
ao acaso, e dispostos em colunas. Para melhor utilização das tabelas aleató-
rias, devemos trabalhar com o mesmo número de dígitos da população
investigada e sua aplicação depende de que os elementos da população
estejam cadastrados.
A Seleção Sistemática – pode ser aplicada em qualquer população.
Consiste no cálculo do intervalo de amostragem de onde é selecionado,
por qualquer processo, o primeiro elemento da amostra. Os demais são
escolhidos, em intervalos constantes e iguais ao Intervalo de Amostragem.
AUTO-AVALIAÇÃO
Sou capaz de determinar o tamanho ótimo de amostras para estudar
populações?
Sou capaz de selecionar os elementos de uma amostra?
Sou capaz de interpretar e analisar as características de populações
com base nas informações obtidas por amostras?
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Amostragem: dimensionamento de amostras. seleção dos elementos... Aula
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REFERÊNCIAS
RODRIGUES, PEDRO CARVALHO. Bioestatística. Universidade Fe-
deral Fluminense.
FONSECA, JAIRO DA. Curso de Estatística. Editora Atlas.
OLIVEIRA, FRANCISCO ESTEVAM MARTINS DE. Estatística e Pro-
babilidade. Editora Atlas.
TANAKA. Elementos de Estatística. Editora McGraw.Hill.
BARBETTA, PEDRO A. Estatística aplicada às Ciências Sociais.
Editora da UFSC.
GÓES, LUIZ A. C. – Estatística I e II – Editora Saraiva.
DÍAZ, FRANCISCA; LOPES, FRANCISCO JAVIER. Bioestatística.
Editora Thomson.
PRÓXIMA AULA
Testes de Hipóteses envolvendo o estudo dos testes: Normal, “t” de
Student e Qui-Quadrado.